应用人工智能技术提高连铸坯直接热装置

随着ＬＴＶ钢公司克利夫兰厂设计并实现了直接热装置设备（ＤＨＣＣ），需要进行系统开发以保持，完整的初始计划编制和跟踪操作，这套新的ＤＨＣＣ设备从１９９３年９月开始运行，目标是使直接热装轧制产品至少达到８０％。在这篇论文中讨论的ＤＨＣＣ中有问题板坯的实时再应用系统对达到直接热装目标和ＤＨＣＣ热轧机的最大生产量是必要的。这个系统是ＬＴＶ钢公司和ＩＢＭ公司共同开发的克利无兰操作管理设计和程序系统（ＣＯＭＰ     

宁波钢铁连铸坯热装热送生产实践

基于ERP系统的信息管理技术,宁钢实现了高温无缺陷板坯生产,板坯无缺陷率稳定在99%以上。通过加强管理,板坯平均直接热装率达55%,入炉平均温度699℃;间接热装率达75%,入炉平均温度650℃。宁钢实行连铸坯热装热送技术,缩短了生产周期,节约了能源,减少了金属烧损。     

Q460C连铸板坯的高温塑性

 在Gleeble 1500热模拟机上测定了Q460C连铸坯的热塑性,深入分析了钢Q460C的高温脆化机理,确定了连铸坯的最佳矫直温度。结果表明,钢Q460C高温脆化受变形速率的影响较大,在第Ⅲ脆性区变形速率越低脆化越严重,实验用钢Q460C的低塑性区确定在660~985 ℃,连铸坯顶弯、矫直温度应高于985 ℃,有利于提高塑性,避免连铸坯表面裂纹的产生。     

控制α相析出改善连铸坯的高温塑性

为了查明板坯横(向)裂(纹)敏感性与其表层显微组织的关系而采用了水冷坩埚式加热装置和新的高温拉伸试验法．将拉伸变形前的试样重熔，以其凝固过程中的温度随时间缓(慢)冷(却)和SSC(Surface Structure Control即表层组织控制)冷却两种模拟方式进行试验。前者指凝固后的缓冷，与铸坯二冷相同；后者是将铸坯表层温度快冷至γ-α双相区。然后再加热至γ区域，以控制铸坯的显微组织。现将试验结果归纳如下：(1)模拟铸坯凝固过程的高温拉伸试验法可用于连铸板坯显微组织的高温塑性(也称延性)评价。(2）采用SSC冷却模式显著改善了铸坯塑性：因抑制了(薄)膜状铁素体(简称膜状F)生成从而使破坏变成了穿晶塑性断裂。(3)控制显微组织可减小铸坯横裂敏感性。（4）SSC冷却可促进(Ti,Nh)C、N等的弥散析出，控制显微组织并减小铸坯横裂敏感性。(5)(Ti，Nb)C、N析出可抑制膜状F沿γ晶界生成，而在γ晶内生成。(6)试样变形前重熔是用高温拉伸试验评价铸坯裂纹敏感性所必需的方法。     

提高热送连铸坯温度的试验研究

采用远红外非接触测温和射钉法对武钢三炼钢的板坯连铸机典型二冷模式下铸坯的表面温度及凝固坯壳厚度进行了研究，发现通过矫直区进入水平段之后铸坯表面温度持续降低，机尾附近铸坯表面温度仅为710～820℃。根据坯壳厚度变化得出的典型二冷模式下综合凝固系数K为24～27mm／min^1/2，根据凝固终点与K的关系，将浇铸低碳铝镇静钢时的拉速由1．1m／min左右提高到1．4～1．5m／min，使铸坯的凝固终点向机尾延伸，铸坯出机表面温度提高到了920～940℃。     

连铸坯热送热装的几个问题

1概述自本世纪中叶连续铸钢实现工业化之后不久（即60年代中后期），连铸机与轧机之间的衔接技术就已经开发并一直发展着。根据文献[1]，这一技术的分类及发展阶段、各层次流程特征等，如图1、表1、表2所示。由图1、表1、表2可以看出．连铸坯热送热装是初级发展阶段的衔接技术，其于60年代末起始于美国，70年代初在日本得以实施并很快发展．随之在欧洲一些国家推广应用。我国的连铸坯热送热装起步于80年代中。1984年．武钢开始实施连铸板坯热送热装热连轧机加热炉，因为没有进行系统研究和装备水平限制，至今仍停止在较低的CC－HCR水平上…     

铸坯高温塑性研究

应用Gleeble-2000型热模拟试验机对本钢在线生产的中、低、超低碳钢和微合金钢SPHC、DC01、A36-2、S235-JR、CRA2、DC53D Z,BG420CL、Q235B共8个钢种,进行了高温塑性模拟研究.分别测试了其高温面塑率、零强温度及脆化温度区间,优化了板坯出结晶器及矫直温度,并对上述钢种拉坯速度提出相应的参考数值.     

包晶相变对连铸坯初生坯壳凝固收缩的影响

基于Ｆｅ－Ｃ合金的微观组织结构,建立了碳钢线性热膨胀系数计算模型,计算出不同碳含量的钢各在不同温度下的瞬时线性热膨胀系数,并将计算相应用于铸坯热－弹－塑性应力模型,研究了包晶相变对连铸坯初生坯壳凝固收缩的影响,模拟结果表明：浇铸碳含量在０．１％附近的包晶钢时,初生坯壳在靠近弯月面区域和角部区域的收缩很不规划,容易诱发表面缺陷。     

基于无网格伽辽金法的板坯传热及力学行为

 与基于网格离散的数值计算方法相比,无网格方法利用离散节点代替网格单元,回避了拓扑结构复杂、单元编号和信息传递等问题,在模拟分析相变界面移动、大变形、裂纹动态扩展等方面展现出极大的适用性。依据移动最小二乘法构造了场量近似函数,针对连铸板坯在结晶器初始凝固过程中的传热特征,构造和推导了基于无网格伽辽金法的板坯传热和凝固行为控制方程,结合采用伽辽金积分弱形式和变分原理,建立了铸坯热弹塑性二维横截面数值计算模型,以连铸生产现场实测铜板温度反算的结晶器热流为边界条件,模拟和分析了结晶器内初生坯壳的非均匀传热、应力和应变。研究结果表明,板坯在结晶器内宽度方向的传热和力学行为呈现出显著的非均匀特征,在距离弯月面200 mm范围内是应力应变快速增长阶段,之后应力应变增长速度放缓,距弯月面550 mm处,铸坯等效应力和应变出现极大值,分别为15.97 MPa和0.76%;在宽度方向上,角部受二维散热的影响,温度下降较快,出现应力集中现象,相邻的偏角部存在应力应变低谷,与角部在温度、应力、应变方面存在较大差异。上述结果验证了无网格方法计算铸坯非均匀传热、力学行为的可行性和适用性,为无网格方法应用至铸坯裂纹萌生与扩展的研究提供基础和参考。     

不同厚度连铸板坯的合理总轻压下量

板坯连铸合理总轻压下量是决定轻压下效果的重要工艺参数之一,采用数学模型手段对合理总轻压下量的定量计算进行了研究。通过建立2D铸坯凝固传热分析模型及轻压下过程2D热-力耦合模型,对比铸坯凝固末端枝晶间残余浓化钢水体积收缩与轻压下引起的糊状区压缩变形量,研究了铸坯厚度、轻压下起始位置处固相率等因素对给定钢种合理总轻压下量的影响。结果表明:铸坯厚度对合理总轻压下量有显著影响,厚度分别为150、230、300和400mm时,开始实施轻压下工艺时铸坯横截面中心节点固相率在0.7~0.3之间变化时,轻压下区间内的合理总压下量分别应为2.42~3.14、2.95~4.65、3.66~5.82和4.55~7.26mm。     

连铸过程板坯展宽矫正的研究

通过对板坯连铸厂的调查发现连铸过程中铸坯的展宽现象在各厂都不同程度地存在,而且通过调整工艺参数来减小铸坯展宽量的方法不可行.根据结晶器的尺寸与铸坯展宽的关系,经推导得到矫正铸坯展宽的结晶器设置公式,结合在铸机出口位置处在线测量得到的铸坯宽度,可以算出矫正铸坯展宽的结晶器参数,从而精确控制铸坯的宽度.结合马鞍山钢铁公司坯连铸机的参数给出了一个具体应用实例.     

冷却结构对连铸结晶器铜板热变形的影响

建立了板坯连铸结晶器三维有限元热弹塑性结构模型,计算了铜板变形及结晶器冷却结构对其影响规律.冷却结构和热力载荷决定了铜板热面变形行为,铜板变形量取决于冷却结构几何参数,并在铜镍分界处有较小变形突变;宽面热面中心线最大变形出现在弯月面下100mm处,窄面最大变形出现在弯月面和冷却水槽末端,且铜镍分界两侧变形曲线有明显的曲率波动;铜板加厚5 mm,最大中心线变形可增加0.05 mm,镍层对中心线变形影响不明显,1 mm的厚度变化仅在窄面引起最大0.01 mm的下降,冷却水槽对中心线变形影响也较小,水槽加深2 mm,最大中心线变形减少0.02 mm.     

板坯连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

利用Fluent软件对1650mm×220mm板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,对三种方案条件下结晶器内钢液流动进行模拟.结果表明,结晶器的宽度对结晶器表面速度分布影响显著,随着结晶器宽度的增加,结晶器表面的速度分布越来越不均匀.表面的最大速度受到多种参数的影响,包括浸入式水口入口钢液的速度、水口出口角度和水口浸入深度等,其中入口钢液的速度影响最为显著.最优方案为：铸坯宽度1100mm,底部结构为山形和出口角度向下30°的水口,水口浸入深度120mm,流量为11.6m³·h^-1,入口速度为0.8384m·s^-1.     

连铸坯温降数模的研究

对连铸坯堆放过程中温降规律的研究 ,有助于提高连铸坯装炉温度 ,降低加热炉燃耗 .文章建立的连铸坯温降数模 ,较好地模拟了保温坑中堆放连铸坯的温降过程 ,模型理论计算结果与实际相当吻合 ,两者误差小于 3% .     

Simulation of thermal behavior during peritectic steel solidification in slab continuous casting mold

Thermal behavior of the solidifying shell in continuous casting mold is very important to final steel products.In the present work,one two-dimension transient thermal-mechanical finite element model was developed to simulate the thermal behavior of peritectic steel solidifying in slab continuous casting mold by using the sequential coupling method.In this model,the steel physical properties at high temperature was gotten from the micro-segregation model withδ/γtransformation in mushy zone,and the heat flux was obtained according to the displacement between the surface of solidifying shell and the hot face of mold as solidification contraction,the liquid-solid structure and distribution of mold flux,and the temperature distribution of slab surface and mold hot face,in addition,the rate-dependent elastic-viscoplastic constitutive equation was applied to account for the evolution of shell stress in the mold.With this model,the variation characteristics of surface temperature,heat flux, and growth of the solidifying shell corner,as well as the thickness distribution of the liquid flux,solidified flux,air gap and the corresponding thermal resistance were described.     

对薄板连铸坯边部裂纹的探讨

就薄板坯边部裂纹产生的原因进行探讨，并对减少边部裂纹提出了建设性意见。     

薄板坯连铸结晶器铜板热/力行为

基于国内某钢厂CSP漏斗结晶器铜板结构,建立了考虑铜板水槽冷却水流动的薄板坯结晶器铜板三维热/力耦合计算模型,研究分析了典型连铸工艺下结晶器铜板水槽内冷却水的传热特点和铜板温度场与热应力场分布规律,并探讨了冷却水流速及铜板厚度对铜板热/力行为的影响。结果表明,铜板宽面热面与窄面热面最高温度均位于弯月面下约15 mm处,分别达436.5、379.2 ℃。宽面和窄面铜板的最大热应力均位于弯月面下方约25 mm处,分别达876.7、867.8 MPa。宽面铜板的热应力总体比窄面高且分布更为不均匀,螺栓处热面的热应力整体低于其两侧水槽处热面的热应力。增加冷却水流速、减小铜板厚度可减小铜板热面温度与热应力。将螺栓处冷却水缝延长到距结晶器下口30 mm处,可显著改善宽面铜板中下部横向温度分布的均匀性,使其热面横向最大温差减少约19.6 ℃。     

韶钢第三炼钢厂板坯连铸生产实践

针对新投产板坯铸机生产中出现的Q345钢粘结漏钢频繁和包晶钢表面纵向裂纹多的状况,分析其原因,并采取相应措施,解决了粘结漏钢问题,提高了铸坯表面质量。